EA016458B1 - Заготовка для пайки, способ изготовления заготовок для пайки, способ пайки и конструктивные элементы, изготовленные из упомянутой заготовки для пайки - Google Patents

Заготовка для пайки, способ изготовления заготовок для пайки, способ пайки и конструктивные элементы, изготовленные из упомянутой заготовки для пайки Download PDF

Info

Publication number
EA016458B1
EA016458B1 EA200970855A EA200970855A EA016458B1 EA 016458 B1 EA016458 B1 EA 016458B1 EA 200970855 A EA200970855 A EA 200970855A EA 200970855 A EA200970855 A EA 200970855A EA 016458 B1 EA016458 B1 EA 016458B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
metal
inorganic material
inorganic
flux
metal alloy
Prior art date
Application number
EA200970855A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200970855A1 (ru
Inventor
Эндрю Джозеф Видавски Оджилви
Дуглас Кеннет Хоксуорт
Элизабет Абом
Original Assignee
Сандвик Оспри Лимитед
Сапа Хит Трансфер Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сандвик Оспри Лимитед, Сапа Хит Трансфер Аб filed Critical Сандвик Оспри Лимитед
Publication of EA200970855A1 publication Critical patent/EA200970855A1/ru
Publication of EA016458B1 publication Critical patent/EA016458B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/123—Spraying molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0233—Sheets, foils
    • B23K35/0238—Sheets, foils layered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286—Al as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1042—Alloys containing non-metals starting from a melt by atomising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0089—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
    • B23K35/3603—Halide salts
    • B23K35/3605—Fluorides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
    • B23K35/361—Alumina or aluminates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12049—Nonmetal component
    • Y10T428/12056—Entirely inorganic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12146—Nonmetal particles in a component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12736—Al-base component
    • Y10T428/12764—Next to Al-base component

Abstract

Изобретение относится к самофлюсующимся заготовкам для пайки. Заготовка содержит композиционный материал, содержащий по меньшей мере один неорганический материал, распределенный в матрице металла или сплава металла, причем неорганический материал образует при пайке флюс, способствуя образованию термически индуцированного металлического связующего слоя. Матрица может представлять собой алюминиево-кремниевый припой, а неорганический материал может представлять собой флюс фтороалюмината калия. Заготовку изготавливают путем струйного формования.

Description

Изобретение относится к заготовкам для пайки (высокотемпературной), способу изготовления заготовок для пайки и способу пайки, а также к конструктивным элементам, изготовленным из упомянутых заготовок для пайки.
Пайка представляет собой термически индуцированный процесс соединения с образованием металлического связывающего слоя, который происходит ниже температуры плавления соединяемых металлов с введением между ними в месте соединения присадочного сплава с более низкой температурой плавления. Данный процесс включает ряд металлургических и химических процессов, протекающих как на поверхности, так и в объеме материалов. Например, необходимыми являются хорошее смачивание и растекание расплавленного присадочного металла по поверхности, и они определяют, будет ли иметь место капиллярное действие. Капиллярное течение является важнейшим физическим принципом, обеспечивающим качественную пайку при надлежащем размере зазора в соединении при условии, что расплавленный присадочный металл смачивает обе поверхности, которые подлежат соединению. На капиллярное течение влияют наличие оксидных пленок, шероховатость поверхности и состояние и свойства атмосферы пайки.
Пайка алюминия и его сплавов является особенно трудной ввиду образования на их поверхности оксидной пленки при воздействии воздуха. Барьерное действие оксидной пленки на поверхности алюминия препятствует смачиванию и подавляет капиллярное течение. Для обеспечения возможности тесного контакта между расплавленным присадочным металлом и основным металлом необходимо разрушение оксида, например, путем применения неорганической соли, действующей в качестве флюса. Для предотвращения повторного окисления расплавленного присадочного металла и окисления самого флюса необходима инертная атмосфера пайки, свободная от кислорода и водяного пара. Это достигается путем пайки в атмосфере азота или с применением вакуума.
Одной из областей, где используется пайка алюминиевых деталей, является производство теплообменников, предназначенных, например, для применения в качестве автомобильных радиаторов, конденсаторов, испарителей, маслоохладителей, охладителей наддувочного воздуха и охладителей топлива, а также стационарных теплообменников.
В СВ 1438955 описан способ пайки алюминия, который продвигается на рынок патентообладателем как процесс ΝοοοΙοΚ (товарный знак). Подлежащий пайке алюминиевый лист имеет поверхностную плакировку из присадочного металла на одной или обеих сторонах. Сердцевина листа представляет собой нелегированный алюминий, а поверхностная плакировка представляет собой эвтектический алюминиево-кремниевый сплав. Алюминий с 12 мас.% кремния - это эвтектический сплав с температурой плавления 577°С. Температура плавления нелегированного алюминия значительно выше и составляет 660°С. Поэтому поверхностный слой образует твердый припой или присадочный металл, посредством которого могут быть соединены друг с другом конструктивные элементы, изготовленные из такого листа для пайки. При операции пайки два таких конструктивных элемента приводят в контакт и подвергают воздействию температуры, при которой происходит плавление поверхностного слоя без плавления сердцевины. При этом необходим флюс, и в СВ 1438955 описано, что берут смесь порошков фторида калия (КБ) и фторида алюминия (А1Р3) с размером частиц менее 75 мкм. Для подготовки к пайке этот материал суспендируют в воде и наносят на подлежащие пайке поверхности. Затем проводят пайку в паяльной печи при температуре примерно 600°С. Присадочный металл и флюс плавятся, что обеспечивает возможность получения качественного паяного соединения.
При промышленном применении пайку по данной технологии осуществляют в инертной атмосфере азота с помощью туннельных печей непрерывного действия.
Недостатками подобного подхода являются затраты времени и требуемая длина производственной линии. Нанесение и сушка суспензии флюса требуют времени, поэтому только на эти две стадии может быть отведена большая часть производственной линии. Кроме того, вследствие такого способа нанесения флюса количество флюса на единицу площади может меняться среди разных партий продукции, а также трудно обеспечить проникновение флюса в места, которые могут быть труднодоступными. Недостаточное количество флюса приводит к некачественной пайке, тогда как слишком большое количество флюса не только увеличивает производственные издержки, но и может порождать такие проблемы, как остаток флюса на паяном соединении, что ухудшает внешний вид соединения и может мешать какой-либо последующей обработке поверхности. Однако в целом обычно является необходимым применение избытка флюса для обеспечения успешной пайки всех участков. Также существует проблема загрязнения паяльной печи избытком флюса, который капает со спаиваемых заготовок. Кроме того, не все конструктивные элементы теплообменника подлежат плакированию припоем. Например, радиатор обычно собирают из плакированных труб и неплакированных ребер. При флюсовании радиатора с применением суспензии перед пайкой в печи все спаиваемые поверхности становятся покрытыми флюсом, а не только плакированные припоем поверхности. Это приводит к чрезмерно большому и ненужному расходованию флюса.
Подход, использованный компанией δηηάνίΐ; Окргеу, состоит в устранении необходимости в алюминиевом листе для пайки с поверхностной плакировкой путем применения технологии мелкодисперсного нанесения. Так, в их международной заявке на патент XVО 94/17941 описан способ получения порошкового материала, покрытого флюсом. В их более ранней международной заявке на патент νθ
- 1 016458
92/15721 описано струйное формование с использованием двух или трех струй, при котором в качестве исходного материала для каждой из струй применяется один и тот же расплавленный сплав металла. В XV О 94/17941 одна из струй состоит из алюминиево-кремниевого сплава, а другая струя представляет собой смесь частиц фторида калия и фторида алюминия в отношении один к одному. Эти частицы контактируют с диспергированными каплями сплава и плавятся с образованием покрытия или частичного покрытия на каплях сплава, затвердевая в виде порошка с покрытием и поэтому обеспечивая относительно однородную смесь сплава с флюсом, хотя некоторая доля частиц флюса и затвердевших капель сплава остается в виде отдельных частиц, так как при полете не происходит их контакта, и такие отдельные частицы флюса не расплавляются при полете и сборе.
Для того чтобы паять таким материалом, может быть использована заготовка из неплакированного алюминия, на которую наносят порошок в среде носителя, содержащего связующее для налипания порошка в необходимом положении или положениях. При температуре пайки эвтектический алюминиевокремниевый порошок плавится, а покрытие действует в качестве флюса, разрушая оксидный слой на заготовке из неплакированного алюминия, что делает возможным тесный контакт с расплавленной эвтектикой, так что оказывается возможным получение паяного соединения.
Важнейшим недостатком этой технологии является необходимость удалять связующее до начала плавления флюса и присадочного металла. Отказ сделать это приводит к получению плохо сформированного паяного соединения. В случае теплообменников, из-за их характера, внутри них имеются ограниченные внутренние поверхности, которые трудно поддаются пайке системой частицы-связующее, поскольку продукты разложения связующего не могут быть отведены вовне и удалены.
Хотя этот способ пайки порошком с покрытием устраняет необходимость в получении алюминиевой полосы, плакированной более низкоплавким алюминиево-кремниевым припоем, все еще требуются дополнительные технологические этапы для покрытия подлежащих пайке алюминиевых деталей покрытым флюсом порошком. Равномерное нанесение порошка на подлежащие пайке детали может быть затруднено. Процесс нанесения порошка на спаиваемые места соединения может представлять опасность для здоровья. Порошок также может затруднить точное размещение в нужном положении соединяемых деталей, таких как трубки и охлаждающие ребра алюминиевых теплообменников, вследствие занимаемого порошком определенного пространства.
Существует несколько подходов к получению продуктов для пайки путем смешения порошков друг с другом. Например, в ЕР 552567 происходит возврат к схеме, согласно которой листовая сердцевина имеет поверхностную плакировку. Материал, образующий плакировку, в той заявке на патент называют паяльным агентом (όπιζίημ адеи!). Для формирования данного агента получают смесь различных порошков. Эти порошки представляют собой порошок алюминия чистотой 99,5%, порошок кремния, порошок цинка, порошок олова, порошок индия и порошок фторидного флюса, представляющий собой эвтектическую композицию из КВ и А1Р3. Порошки на основе металлов обладают средним диаметром 44 мкм или менее по размеру, тогда как порошки флюса обладают средним диаметром 30 мкм. После смешения порошки помещают в вакуум при 500°С с целью их дегазации с удалением влаги и водорода. Затем партию порошка нагревают до 480°С и подвергают процессу горячего прессования. Полученный блок после этого подвергают горячей экструзии при 500°С. В той заявке на патент описаны хорошие результаты по паяемости, достигнутые при содержании порошка кремния 5 или 10 мас.% и при содержании флюса 5, 8 или 10 мас.%. Паяемость в той заявке на патент испытывали путем помещения испытываемой заготовки на опорную пластину из алюминиевого сплава Л8-А3003 и нагревания до 600-620°С в течение 10 мин в атмосфере азота. Дополнительный флюс не вводили.
В РК. 2855085 также описано горячее изостатическое прессование смеси порошка, в данном случае 10 мас.% криолитового флюса с размером частиц между 1 и 10 мкм, а остальное представляет собой смесь, состоящую из 98 мас.% цинка и 2 мас.% алюминия, оба с размером частиц между 50 и 300 мкм. Смешанный порошок подвергают горячему прессованию при 350°С до давления 1200 бар в течение трех часов. В формуле изобретения той заявки предполагается, что полученный в результате пруток может быть обработан давлением, например, путем прокатки.
В И8 6164517 описано получение бесшовного, имеющего кольцевую форму материала для пайки. Берут порошок присадочного сплава А1 с 10 мас.% δί и смешивают с порошком А1Р3 и порошком КР в отношении порошка сплава к порошку флюсообразующего материала 80:20. Смешанный порошок прессуют при комнатной температуре и затем нагревают до 400°С в восстановительной атмосфере горелки и подвергают горячей экструзии с образованием трубки. Затем трубку разрезают с получением бесшовных кусков кольцевой формы для пайки шириной 1,6 мм.
Смешение порошков металла и флюса с последующим уплотнением отличается несколькими неотъемлемыми недостатками. Они включают в себя:
(ί) порошки, смешиваемые в вышеупомянутых документах, имеют различные средние размеры, распределения частиц по размеру или удельные массы, что, как хорошо известно в области порошковой металлургии, делает очень трудным успешное получение однородной смеси без определенной сегрегации различных составляющих ее порошков; кроме того, распределение флюса в компактированном состоянии может быть ограничено размером применяемых порошков металлов;
- 2 016458 (ίί) для разрешения проблем, присущих смешению порошков, иногда применяют размол, однако он имеет другие существенные недостатки, состоящие в том, что захват оксидов является слишком чрезмерным, а размол порошков на основе алюминия может быть крайне опасным, кроме того, механическая обработка флюса может привести к его разложению;
(ίίί) алюминий представляет собой крайне реакционноспособный металл, и подобный порошок при большом времени, необходимом для его получения и обработки, неизбежно образует на своей поверхности оксидную пленку. Когда порошок впоследствии уплотняют, например, путем горячего прессования или горячего изостатического прессования (ΗΙΡ), этот оксид будет входить в состав готового продукта. Это повышает требуемое количество флюса при конечной операции пайки или снижает смачивающую активность готового продукта при заданном содержании флюса. Следует отметить, что кампания РесЫпеу в своей публикации Ηφΐι зЬГГпезз апб Гайдне ь1гепд(Н ΆΙ-δί-Ее базе аНоуз ргобисеб Ьу Ше Озргеу гои1е на 2-ой Международной конференции по струйному формованию (2пб ΙπΙ. СопГ. оп 8ргау Еогшшд, 1993) указывает на то, что содержания кислорода в полученном струйным формованием продукте составляет 140 миллионных долей (м.д.) по сравнению с 1200 м.д. для идентичного сплава, изготовленного в виде порошка, и 5 м.д. для сходного литейного сплава, полученного литьем с прямым охлаждением (ОС);
(ίν) этот оксид (вместе с потребностью в дополнительном флюсе), как упомянуто в И8 6164517, делает продукт более хрупким, что суживает границы последующей механической обработки;
(ν) алюминиевый порошок также склонен к захвату влаги и водорода, что в результате является причиной того, что перед уплотнением путем горячего прессования или горячего изостатического прессования (хиппинга) необходима длительная дегазация смешанного и заключенного в пресс-форме порошка;
(νί) многие технологические операции, необходимые при производстве порошка и последующих дегазации и уплотнении, делают данные процессы сложными, затратными, энергоемкими и вследствие этого неконкурентоспособными и экологически невыгодными;
(νίί) в том случае, когда применяются порошки отдельных элементов, например, в вышеупомянутом ЕР 552567, размер частиц кремния на листе для пайки будет оставаться практически аналогичным размеру добавленного порошка (т.е. 40 мкм).
Для того чтобы преодолеть некоторые из проблем, связанных со смешением и уплотнением порошков, и создать более экономичный способ производства, в патенте 1Р 7001185 с истекшим сроком действия описана технология, по которой расплавленному алюминиево-кремниевому сплаву дают затвердеть до полужидкого состояния, при котором добавляют порошок флюса, эту полужидкую смесь перемешивают и затем дают ей охладиться и затвердеть. Хотя подобный подход в некоторых отношениях может представлять собой усовершенствование по сравнению с технологиями смешения и уплотнения порошков, затвердевший продукт будет обладать характеристиками, типичными для литого и относительно медленно кристаллизованного продукта. Например, первичная кристаллизовавшаяся фаза кремния будет относительно грубой, частично игольчатой по форме и макросегрегированной, причем все эти свойства являются вредными для способности к последующей горячей обработке. Кроме того, порошок флюса, который будет плавиться при добавлении к полужидкому алюминиево-кремниевому сплаву, будет пытаться отделиться от алюминиево-кремниевого сплава вследствие его нерастворимости, несмешиваемости и различия плотностей, и подобное отделение приведет к огрублению хрупкой фазы флюса в ходе медленного отверждения, что опять же придаст продукту плохие характеристики обрабатываемости давлением в горячем состоянии. К тому же, добиться гомогенной смеси будет очень трудно. Хотя этому в некоторой степени может помочь перемешивание полужидкого металла, из литературы хорошо известно, что перемешивание расплавленного сплава (т.е. в процессах реолитья и тиксоформования) ограничено некоторой объемной долей расплавленного сплава, ниже которой перемешивание становится крайне затруднительным вследствие повышения вязкости расплава. Перемешивание может также приводить к вхождению оксида в состав продукта.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложена самофлюсующаяся заготовка для пайки, содержащая полученный струйным формованием композиционный материал, содержащий по меньшей мере один неорганический материал, распределенный в матрице металла или сплава металла, и причем неорганический материал или неорганические материалы образуют флюс в ходе пайки, способствуя образованию термически индуцированного металлического связывающего слоя.
Предполагается, что при пайке неорганический материал высвобождается из объема композиционного материала, преимущественно содействуя разрушению поверхностного оксида с поверхности раздела оксид-металл, и что расплавленный присадочный металл затем охватывает разделенный на фрагменты оксид, способствуя быстрому образованию термически индуцированного металлического связывающего слоя между соприкасающимися смежными поверхностями.
Содержание кислорода в матрице предпочтительно составляет не более 350 м.д. или подходящим образом не более 250 м.д. по массе. Еще более предпочтительно содержание кислорода в матрице составляет не более 100 м.д., а предпочтительнее оно может быть даже менее 50 м.д. Общее содержание кислорода в заготовке существенно зависит от его содержания в неорганическом материале перед его
- 3 016458 введением в матрицу. Важно то, что общее содержание кислорода будет существенно меньшим, чем при получении путем смешения порошков металлов с неорганическим материалом, вследствие присущей порошкам металлов высокой площади поверхности, особенно в случае, если они содержат реакционноспособные элементы, такие как алюминий. Низкое общее содержание кислорода также существенно снижает потребность в неорганическом материале, и оба эти фактора значительно повышают пластичность композиционного материала, облегчая его горячую или холодную обработку давлением.
Металл или сплав металла может быть любым подходящим металлом или сплавом металла, однако в предпочтительном варианте реализации является алюминием или алюминиевым сплавом. Матрица предпочтительно представляет собой припой и может содержать алюминий в качестве одной основной составляющей, а другой основной составляющей может быть кремний. Содержание кремния может составлять от 5 до 15 мас.%, и/или может составлять от 6 или 6,8 до 13 мас.%, или может составлять от 10 до 12 мас.%, или может составлять от 11 до 12 мас.%. Алюминиево-кремниевый сплав образует в данном интервале эвтектику и поэтому имеет пониженную температуру плавления. Другими пригодными интервалами являются А1 с 6,8-8,2 мас.% δί (АА4343), А1 с 9-11 мас.% δί (АА4045) и А1 с 11-13 мас.% δί (АА4047). Для улучшения свойств получаемого впоследствии паяного соединения в сплаве могут присутствовать другие добавки.
Упомянутый или каждый неорганический материал может быть любым подходящим материалом, способным образовывать флюс в ходе пайки. В одном предпочтительном варианте реализации в качестве неорганического материала предусматривается флюс фторида калия-алюминия, либо предусматриваются два или более неорганических материала, которые в ходе пайки образуют флюс фторида калияалюминия. В другом предпочтительном варианте реализации в качестве неорганического материала предусматривается материал - фтороалюминат калия, либо предусматриваются два или более неорганических материала, которые в ходе пайки образуют флюс фтороалюмината калия. Упомянутый или каждый неорганический материал или материал, образующийся из упомянутого или каждого неорганического материала в ходе пайки, подходящим образом может быть неметаллическим, может быть ионным и может быть солью, такой как соль фтороалюминат калия.
Неожиданно при нагреве на воздухе само по себе было найдено, что данная соль реагировала с кислородом с образованием оксидов. Это проявлялось в виде прироста массы при анализе методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) образцов чистой соли, см. фиг. 8. Поскольку в случае полученного струйным формованием композита соль полностью заключена в алюминиевой матрице с момента осаждения до переплавки в ходе операции пайки, эта соль защищена от окисления и гидратации. В смеси порошков перед компактированием и уплотнением существенной является открытая пористость, и присутствующий в атмосфере кислород имеет доступ в объем тела. Подобное окисление соли является вредным для последующей активности флюса. Соль в полученном струйным формованием композиционном материале защищена от негативного влияния воздействия воздуха при нагреве, а также практически не содержит внутреннего оксида, с которым следует бороться. Поэтому флюсующее действие сохраняется вплоть до того момента, когда соль плавится, высвобождается изнутри композита, разрушает оксид и растекается по поверхности.
Композиционный материал может иметь содержание неорганического материала от 0,2 до 10 мас.%. Композиционный материал предпочтительно имеет содержание неорганического материала по меньшей мере 0,9 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 1,2 мас.%. Композиционный материал предпочтительно имеет содержание неорганического материала не более 5 мас.%, более предпочтительно не более 4 мас.%. В особенно предпочтительном варианте реализации композиционный материал имеет содержание неорганического материала примерно 2-3 мас.%. Если в состав композиционного материала входит недостаточно соли, то это влияет на качество соединения, или же соединение вообще не образуется. Если в состав композиционного материала входит слишком много неорганического материала, то он уже не является достаточно пластичным для приема последующей механической обработки, что является важным во многих случаях.
Полученный струйным формованием композиционный материал будет характеризоваться немакросегрегированными, быстро кристаллизующимися фазами кремния и алюминия, среди которых первичная фаза кремния (δί) может обладать средним размером менее 1 мкм и максимальным размером менее 5 мкм, при этом медленнее кристаллизующаяся фаза неорганической соли распределена по очень широкому интервалу размеров, намного большему, чем у введенного(ых) неорганического(их) материала или материалов с типичными размерами в интервале 5-15 мкм; такой композит может включать в себя крайне мелкодисперсные частицы соли размером менее 1 мкм и микросегрегированные частицы фазы размером до 200 мкм, соответствующие затвердевающим последними частям композита. Изображения на фиг. 3-7, 9 и 10 отражают некоторые аспекты микроструктуры вариантов реализации материала по настоящему изобретению. Сразу можно отметить, что варианты реализации демонстрируют бимодальное логарифмически-нормальное распределение.
Размеры частиц δί в полученных струйным формованием композиционных материалах являются гораздо меньшими, чем в материалах, получаемых с использованием литья, в том числе процессов литья с прямым охлаждением или реолитья, см. фиг. 9 и 10. Небольшой размер частиц δί выгоден обеспечени
- 4 016458 ем быстрого плавления плакировочного материала-припоя и эффективного затекания расплава в соответствующие места соединения. Небольших частиц δί можно добиться без добавления модифицирующих веществ, например стронция (§г). Небольшие частицы δί в материале, которые могут быть менее 10 мкм в диаметре, предпочтительно менее 5 мкм, более предпочтительно менее 3 мкм, также являются выгодными при очень тонких продуктах с небольшой плакировкой; небольшие частицы δί способствуют получению сплошной ванны расплава на поверхности, например совокупности ребер конденсатора, обеспечивая большую эффективность образования соединения. Кроме того, меньший размер частиц δί в полученном струйным формованием композите должен быть благоприятным для высокотемпературной прочности плакированных прокатных изделий (повышать прочность), что, в свою очередь, должно обеспечивать меньшее перетекание по краям, например, слитков под прокатку, тем самым улучшая выход материала и равномерность плакировки по толщине.
Введенный(е) неорганический(е) материал или материалы дегидратируются в ходе стадий введения, полета и осаждения. Кроме того, в противоположность ожидаемому неорганический материал, содержащийся внутри полученного струйным формованием композита, имеет существенные кристаллографические отличия от неорганического материала перед введением или от такого же материала после дегидратации, что показано на фиг. 12 и 13. Исследования авторов изобретения показали, что фазовый состав соли в композите заметно отличается от фазового состава введенного исходного материала и может частично выглядеть аморфной фазой вследствие ее плавления и последующего быстрого отверждения. Очевидно, что подобного не следовало ожидать от ранее известного способа простого смешения и компактирования порошка флюса и алюминия-кремния (поскольку флюс не плавится) или тем более от реолитья расплавленного металла, содержащего флюс и алюминиево-кремниевый сплав (поскольку флюс будет медленно затвердевать). Сразу можно заметить, что температура плавления преобразованной соли в композите ниже, чем у введенной соли. Эксперименты, выполненные на соли в композите с применением ДСК, указывают на точку начала плавления при примерно 550°С, за которой иногда следует вторая точка начала плавления при 563°С, см. фиг. 2. Это резко контрастирует с плавлением только лишь введенной соли, которое демонстрирует единственную эндотерму плавления. Это также резко контрастирует с плавлением того же алюминиево-кремниевого сплава в отсутствие какой-либо соли, при котором наблюдалась только обычная и ожидаемая эндотерма эвтектики при 577°С. Такая превращенная неорганическая соль приводит к улучшенной флюсующей активности в ходе операций пайки.
Межчастичное расстояние между соседними кристаллами соли в заготовке предпочтительно составляет менее 10 мкм или более предпочтительно менее 5 мкм.
Общее содержание кислорода во всей заготовке в целом предпочтительно составляет не более 1000 м.д. по массе. Предпочтительнее содержание кислорода в заготовке составляет не более 500 м.д., еще более предпочтительно не более 300 м.д. и оно может даже быть менее 250 м.д.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен конструктивный элемент, содержащий по меньшей мере одну заготовку по первому аспекту настоящего изобретения, присоединенную к металлическому изделию, такому как биллет, слиток или сляб.
Упомянутая или каждая заготовка может быть металлургически связана с металлическим изделием, например, посредством механической обработки давлением, такой как горячая или холодная прокатка. В одном варианте реализации к металлическому изделию на его противоположных сторонах присоединяют две заготовки по первому аспекту изобретения. Этот комплект может быть подвергнут дальнейшей обработке давлением, например, путем прокатки до листа. Конструктивный элемент может иметь любую подходящую форму и может быть предназначен для любого подходящего применения, однако в предпочтительном варианте реализации конструктивный элемент после обработки давлением представляет собой конструктивный элемент, подлежащий соединению пайкой в теплообменнике, таком как автомобильный радиатор, конденсатор, испаритель, маслоохладитель, охладитель наддувочного воздуха или охладитель топлива, или стационарном теплообменнике. В действительности компонент может представлять собой пластину, ребро или трубу, подлежащие пайке на месте в теплообменнике, таком как автомобильный радиатор. Кроме того, лист для пайки может быть использован для изготовления любых паяных деталей, в том числе электронных, механических и инженерно-технических деталей, но не ограничиваясь таковыми.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен способ изготовления заготовки по первому аспекту изобретения или конструктивного элемента по второму аспекту изобретения, включающий в себя этапы диспергирования потока расплавленного материала металла или сплава металла в струю капель, введения упомянутого или каждого неорганического материала в эти поток или струю и уплотнения упомянутых материалов путем струйного формования с образованием композитной заготовки, в которой неорганический материал распределен в матрице металла или сплава металла.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ изготовления самофлюсующейся заготовки для пайки, включающий в себя этапы диспергирования потока расплавленного материала металла или сплава металла в струю капель, введения в эти поток или струю по меньшей мере одного неорганического материала, причем неорганический материал или неорганические материалы выполнены с возможностью образовывать флюс в ходе пайки, и уплотнения упомянутых материалов путем струйного
- 5 016458 формования с образованием композитной заготовки, в которой неорганический материал распределен в матрице металла или сплава металла.
Технология струйного формования приводит к крайне низкому окислению материалов, в частности алюминиевых сплавов, вследствие крайней быстроты операции струйного формования, при котором диспергированные инертным газом капли образуются и снова уплотняются в течение миллисекунд в инертной атмосфере, обычно азота. Это также означает, что неорганический(е) материал или материалы, которые образуют флюс в ходе пайки, обладают лишь небольшим собственным содержанием оксида, с которым следует бороться, которое не мешает способности флюса к эффективному действию на том участке, где он необходим, а именно на подлежащих пайке поверхностях. Кроме того, поскольку флюс содержится внутри композита, в ходе стадии нагревания до плавления и пайки он не окисляется сам по себе. Вследствие этого необходимо лишь минимальное количество соли, что в сочетании с низким содержанием оксида в сплаве матрицы делает материал относительно пластичным и легко поддающимся горячей или холодной обработке давлением. Как следствие, что довольно неожиданно, за одну быструю и интегрированную технологическую операцию композиционный материал может быть сформирован с минимальным захватом кислорода, с быстро затвердевшей матрицей, содержащей мелкодисперсные выделения кремния и мелкозернистую фазу алюминия, причем подобная фаза алюминия охватывает неорганические частицы, так что в ходе конечного отверждения не может происходить никакой макросегрегации затвердевающей соли, подобный композит обладает высокой плотностью при отсутствии взаимосвязанной пористости, так что отсутствует захват оксида в ходе дальнейшей обработки, при превосходной обрабатываемости давлением и превосходных качествах при пайке, так что в ходе пайки для способствования образованию термически индуцированного металлического связующего слоя доступна практически вся неорганическая соль.
Содержание кислорода в композиционном материале предпочтительно является не более чем на 500 м.д. большим, чем суммарное содержание кислорода в расплавленном сплаве и флюсе, из которых был получен подобный композит. Предпочтительнее содержание кислорода в композите является не более чем на 250 м.д. большим, более предпочтительно оно может даже быть менее чем на 100 м.д., чем в тех составных частях, из которых он был получен.
Неорганический материал может быть диспергирован. Неорганический материал может быть диспергирован до капель размером, меньшим размера капель материала металла или сплава металла, которые могут иметь средний диаметр в интервале от 50 до 150 мкм. Альтернативно, неорганический материал может быть введен в виде твердых частиц. Твердые частицы неорганического материала могут иметь средний диаметр 10 мкм или менее.
Вводимый материал является неорганическим, обладает более низкой температурой плавления и может быть нерастворимым в материале металла или сплава металла в расплавленном виде и несмешивающимся с ним, смачивает материал металла или сплава металла, а также обладает способностью к образованию флюса путем растворения оксидов. Несмотря на то что такие неорганические частицы являются нерастворимыми и несмешиваемыми в металле или сплаве металла, при быстром отверждении распыленного металла или сплава металла происходит охватывание неорганических частиц, вследствие чего не может происходить макросегрегация затвердевающего неорганического материала в ходе конечного отверждения. При введении или в ходе полета может быть вызвано, по меньшей мере, частичное плавление неорганического материала, однако он будет плавиться практически полностью немедленно после осаждения, когда осажденный материал будет находиться примерно при температуре солидуса сплава металла и, как следствие, выше температуры плавления соли. Если необходимо формование сплошной твердой заготовки, известные в уровне техники аналоги обычно основываются на распылении расплавленного материала металла или сплава металла, возможно, совместно с нерасплавленными керамическими частицами, имеющими высокую температуру плавления и остающимися твердыми в ходе всего процесса. Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что можно сформировать биллет с образованием немакросегрегированной композитной структуры путем струйного формования расплавленного материала металла или сплава металла совместно с одним или более неорганическими флюсообразующими материалами, обладающими более низкой температурой плавления по сравнению с материалом металла или сплава металла и, по меньшей мере, частично плавящимися при введении или при распылении. Неорганический материал может быть, по меньшей мере, частично расплавленным, а предпочтительно практически полностью расплавленным при струйном осаждении на поверхность коллектора совместно с материалом металла или сплава металла. Это приводит к образованию композитной заготовки при отсутствии макросегрегации неорганического материала в матрице металла или сплава металла, что еще более удивительно вследствие его нерастворимости и несмешиваемости. Отвод тепла от капель металла или сплава металла в ходе распыления регулируют так, чтобы неорганическая соль охватывалась и поэтому предотвращалось разделение на макроуровне. Интересно, что размер и распределение по размеру частиц флюса в матрице металла или сплава металла не имеет никакой взаимосвязи с размером введенной неорганической соли. Например, средний размер частиц введенной соли типично составляет 10 мкм и может лежать в интервале от 5 до 15 мкм. Тесное смешение капель металла и соли в ходе полета и осаждения совместно с ударным и быстрым осаждением соли и капель на поверхность осаждения приводит
- 6 016458 к плавлению соли и ее отверждению в широком интервале размеров частиц, причем в матрице сплава образуются как крайне мелкодисперсные частицы флюса размером менее 1 мкм, так и более крупнодисперсные частицы размером до 200 мкм, формирующиеся в результате ограниченной коалесценции соли в затвердевающих последними участках композита (см. фиг. 3). При последующей механической обработке давлением фаза соли постепенно измельчается до мелкодисперсных частиц, типичный размер которых составляет менее 5 мкм.
Межчастичное расстояние между соседними кристаллами соли в заготовке предпочтительно является меньшим, чем диаметр алюминиево-кремниевых капель, из которых происходило струйное формование композитной заготовки. Максимальное межчастичное расстояние между соседними кристаллами соли в заготовке предпочтительно составляет в любом случае менее 10 мкм или более предпочтительно менее 5 мкм.
Композитная заготовка, полученная способом согласно настоящему изобретению, может быть использована сама по себе в качестве отдельной сборочной единицы. Альтернативно, композиционный материал может быть присоединен к металлическому изделию, такому как слиток, биллет или сляб. Композиционный материал может быть присоединен к одной стороне металлического изделия либо, альтернативно, к металлическому изделию на его противоположных сторонах могут быть присоединены две заготовки из композиционного материала. Композиционный материал может быть присоединен к металлическому изделию с помощью любой пригодной технологии и может быть присоединен, например, путем соединения горячей или холодной прокаткой. Альтернативно, композиционный материал может быть присоединен к металлическому изделию в ходе уплотнения материалов путем струйного формования, при котором эти материалы подвергаются струйному формованию на металлическое изделие с образованием соединения с ним. Другие частные варианты состоят в том, что композиционный материал может быть подвергнут струйному формованию непосредственно на металлическом изделии в форме цилиндрического или трубчатого биллета или металлической полосы.
После того как композиционный материал был присоединен к металлическому изделию, созданный таким образом конструктивный элемент может быть подвергнут механической обработке давлением, например, путем ковки, и/или прокатки, и/или экструзии.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ изготовления паяного соединения, включающий в себя приведение заготовки для пайки по первому аспекту изобретения или приведение композиционного материала, являющегося частью конструктивного элемента по второму аспекту изобретения, в непосредственный контакт с другой заготовкой из металла или сплава металла и нагревание соединения в отсутствие добавления флюса.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен способ изготовления паяного соединения, включающий в себя осуществление способа по третьему или четвертому аспекту изобретения, приведение композиционного материала в непосредственный контакт с заготовкой из металла или сплава металла и нагревание соединения в отсутствие добавления флюса.
В любом из двух предшествующих аспектов изобретения нагревание соединения может происходить в инертной или восстановительной атмосфере или в умеренном вакууме.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложена полученная струйным формованием или струйным формованием и механической обработкой давлением самофлюсующаяся заготовка для пайки, содержащая композиционный материал, содержащий быстро кристаллизованный алюминиевокремниевый сплав, характеризующийся выделениями первичной фазы кремния со средним размером менее 10 мкм, равномерно распределенными в алюминиевой матрице, причем в алюминиевой матрице также диспергирован по меньшей мере один материал неорганической соли с более низкой температурой плавления по сравнению с алюминиево-кремниевым сплавом, нерастворимый и несмешивающийся в алюминиево-кремниевом сплаве, причем неорганический материал или неорганические материалы плавятся в ходе пайки, способствуя образованию термически индуцированного металлического связующего слоя.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложена самофлюсующаяся заготовка для пайки, содержащая полученный струйным формованием композиционный материал, содержащий быстро кристаллизованный алюминиево-кремниевый сплав, характеризующийся выделениями первичной фазы кремния со средним размером менее 10 мкм, равномерно распределенными в алюминиевой матрице, причем в алюминиевой матрице также диспергирован по меньшей мере один материал неорганической соли с более низкой температурой плавления по сравнению с алюминиево-кремниевым сплавом, нерастворимый и несмешивающийся в алюминиево-кремниевом сплаве, причем неорганический материал или неорганические материалы плавятся в ходе пайки, способствуя образованию термически индуцированного металлического связующего слоя, причем материал или материалы неорганической соли находятся в заготовке в виде затвердевших кристаллов, обладающих бимодальным распределением из мелкодисперсных кристаллов размером менее 10 мкм и более крупнодисперсных кристаллов размером от 5 до 200 мкм, причем упомянутые более крупнодисперсные кристаллы являются микросегрегированными в затвердевающих последними областях композита.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен способ изготовления самофлюсую
- 7 016458 щейся заготовки для пайки, включающий в себя этапы диспергирования потока материала расплавленного алюминиево-кремниевого сплава в струю капель, введения в эти поток или струю по меньшей мере одного неорганического материала, причем неорганический материал или неорганические материалы выполнены с возможностью образовывать флюс в ходе пайки, и уплотнения упомянутых материалов путем струйного формования с образованием композитной заготовки, характеризующейся выделениями первичной фазы кремния со средним размером менее 10 мкм, равномерно распределенными в алюминиевой матрице, причем в алюминиевой матрице также диспергирован по меньшей мере один материал неорганической соли с более низкой температурой плавления по сравнению с алюминиево-кремниевым сплавом, нерастворимый и несмешивающийся в алюминиево-кремниевом сплаве, причем эти материал или материалы соли находятся в виде затвердевших кристаллов, обладающих бимодальным распределением из мелкодисперсных кристаллов размером менее 10 мкм и более крупнодисперсных кристаллов размером 5-200 мкм, причем упомянутые более крупнодисперсные кристаллы являются микросегрегированными в затвердевающих последними областях заготовки, так что межчастичное расстояние между любыми из кристаллов соли является заметно меньшим, чем диаметр алюминиево-кремниевых капель, из которых был сформирован полученный струйным формованием композит, и в случае менее 20 мкм подобный композит характеризуется содержанием кислорода, не более чем на 100 м.д. превышающим суммарное содержание кислорода в расплавленном алюминиево-кремниевом сплаве и неорганической соли, из которых этот композит был изначально сформирован, так что в ходе пайки для способствования образованию термически индуцированного металлического связующего слоя доступна практически вся неорганическая соль.
Далее варианты реализации изобретения описываются в качестве примера и со ссылкой на соответствующие чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана последовательность производственных стадий;
на фиг. 2 показаны три кривые ДСК;
фиг. 2а и 2Ь - полученный струйным формованием материал соответственно образцов 3 и 4 из табл. 1;
фиг. 2с - обычный алюминиево-кремниевый сплав АА4045;
на фиг. 3 показана полученная в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) микрофотография на наибольшем изображении, а на шести меньших изображениях показаны карты энергодисперсионной спектроскопии (ΕΌ8); материал - образец 4 из табл. 1;
фиг. 4 и 5 представляют собой аналогичные виды при соответственно большем увеличении;
на фиг. 6 показано захваченное ТЭМ-изображение приготовленного при помощи ультрамикротома и полученного струйным формованием композиционного материала, представляющего собой образец 11 из табл. 2;
на фиг. 7 показано еще одно захваченное ТЭМ-изображение другого участка приготовленного при помощи ультрамикротома образца полученного струйным формованием композиционного материала, представляющего собой образец 11 из табл. 2, при большем увеличении, что можно видеть по шкале на микрофотографии;
на фиг. 8 показана кривая ДСК чистой фтороалюминатной соли калия, использованной в вариантах реализации в дегидратированной форме;
на фиг. 9 показано захваченное ТЭМ-изображение приготовленного при помощи ультрамикротома образца контрольного алюминиево-кремниевого сплава АА4045, полученного литьем с прямым охлаждением;
на фиг. 10 показано захваченное ТЭМ-изображение приготовленного при помощи ультрамикротома образца полученного струйным формованием композита, представляющего собой образец 11 из табл. 2;
на фиг. 11 показано захваченное ТЭМ-изображение приготовленного при помощи ультрамикротома образца полученного струйным формованием композита, представляющего собой образец 11 из табл. 2;
на фиг. 12 показаны рентгенодифракционные (РД) спектры гидратированной и дегидратированной соли, причем в материалах по настоящему изобретению использовали дегидратированную соль;
на фиг. 13 показаны РД-спектры двух образцов согласно вариантам реализации настоящего изобретения и обычного, контрольного алюминиево-кремниевого сплава АА4045. Материал с высоким содержанием соли соответствует образцу 12 из табл. 2, а материал с низким содержанием соли соответствует образцу 7 из табл. 2.
На первой операции, показанной на фиг. 1, используют установку 10 струйного формования, показанную позицией А. Установка 10 состоит из герметизируемой распылительной камеры 12 с установленными сверху камеры 12 разливочным устройством 14 и загрузочным устройством 16. Со дна распылительной камеры 12 выступает вертикальная колонна 18, на верхней поверхности которой смонтирована коллекторная пластина 20. Колонна 18 способна вращаться вокруг своей вертикальной оси, а также является подвижной в осевом направлении для регулирования высоты коллекторной пластины 20.
В ходе работы разливочное устройство 14 наполняют расплавленным металлом или сплавом металла, который поддерживают в разливочном устройстве 14 выше его температуры ликвидуса. Загрузочное устройство 16 заполняют частицами неорганической соли или смеси неорганических солей, образующих
- 8 016458 флюс в ходе пайки. Из разливочного устройства 14 в распылительную камеру 12 истекает поток расплавленного металла или сплава металла, который превращают в струю диспергированных капель струями диспергирующего газа (не показаны); при этом распылительную камеру предварительно продувают инертным газом, что сводит к минимуму захват кислорода. Находящиеся в загрузочном устройстве 16 частицы вводят в распылительную камеру так, чтобы они сливались с диспергированным металлом или сплавом металла, в результате чего комбинированная струя ударяет о коллекторную пластину 20 и собирается на ней. Таким путем происходит формование круглой заготовки (биллета) 22, показанной(го) позицией В на фиг. 1, которая(ый) может иметь, например, диаметр 500 мм и длину 2 м. Процесс струйного формования заготовок более подробно описан в заявке на патент XVО 92/15721 компании Χιηάνίΐ; Окргеу, описание которой включено сюда путем ссылки.
Позицией С на фиг. 1 показана ковочная машина 24. Материал, полученный струйным осаждением, подвергают ковке с получением плоской заготовки (сляба) 26, показанной(го) на фиг. 1 позициями Ό и Е, которая(ый) может иметь толщину 130 мм.
Сляб 26 подвергают прокатке с получением листа или облицовочного слоя 28, показанного позицией Е на фиг. 1.
Относительно толстый алюминиевый сляб 30 может быть плакирован на своих двух противоположных основных поверхностях двумя относительно тонкими облицовочными слоями 28, что показано позицией О на фиг. 1. Полученный многослойный конструктивный элемент 32 затем подвергают горячей и холодной прокатке и сворачиванию в катушку 34, что показано позицией Н на фиг. 1.
Катушку Н затем разрезают на конструктивные элементы 36 набора ребер, что показано позицией I на фиг. 1.
Каждый конструктивный элемент 36 набора ребер затем подвергают гофрированию, и собирают слоями вместе с трубками 38 теплообменника, что показано позицией 1 и детально позицией К на фиг. 1, и спаивают в атмосфере азота перед сборкой с другими деталями с образованием завершенного теплообменника 40, что показано позицией Ь на фиг. 1, который может быть использован, например, в качестве автомобильного радиатора.
Пример 1.
В одном конкретном примере разливочное устройство 14 содержало расплавленный сплав алюминия с 10 мас.% кремния. Твердые частицы в загрузочном устройстве 16 представляли собой частицы фтороалюмината калия со средним диаметром 10 мкм.
Параметры струйного формования были следующими:
расход металла - 6,94 кг в 1 мин;
температура металла - 700°С;
расход частиц - 0,71 кг в 1 мин;
температура частиц - 20°С; диспергирующий газ - азот;
температура газа азота - комнатная температура;
расход газа - 9,71 м3 в 1 мин;
расстояние до коллекторной пластины - 20890 мм.
В результате получили частицы сплава металла со средним диаметром частицы 50 мкм. Коллекторную пластину 20 на колонне 18 приводили во вращение для обеспечения равномерного осаждения и отводили вниз для поддержания оптимальной величины зазора, по которому проходит путь материала к коллекторной пластине 20.
Частицы фтороалюмината калия плавятся при температуре примерно 560°С, что меньше температуры солидуса алюминиево-кремниевого сплава, составляющей примерно 577°С. Материал неорганической соли нагревается диспергирующим газом и за счет контакта с каплями сплава металла, что вызывает, по меньшей мере, частичное плавление частиц неорганической соли перед ударом о коллекторную пластину. Фтороалюминат калия является нерастворимым в сплаве алюминия и поэтому остается отделенным от него в процессе струйного формования.
Путем управления описанными выше параметрами можно регулировать отвод тепла. Возможно изготовление композитной заготовки, в которой материал неорганической соли захвачен в металлической матрице таким образом, что максимальное расстояние между частицами флюса не превышает средний размер осажденных капель, но обычно гораздо меньше его, а на практике обычно менее 10 мкм. Несмотря на то что материал неорганической соли является несмешивающимся в сплаве металла, постоянное поступление новых капель и управление температурой затвердевания означают, что материал неорганической соли не имеет возможности выделяться на макроуровне, в результате чего материал неорганической соли захватывается в затвердевающем осажденном слое, образуя требуемое распределение по получающемуся композитному биллету.
Следует отметить, что, поскольку используемый материал неорганического флюса является несмешивающимся в сплаве алюминия, то в случае поддержания некорректных условий, например в случае, если условия осаждения слишком горячи в результате недостаточного отведения тепла диспергирующим газом, материал неорганической соли может макросегрегироваться, что приводит к получению продукта,
- 9 016458 который будет труднее образовывать связный биллет и труднее механически обрабатывать давлением и будет давать менее удовлетворительные и однородные результаты при пайке. В ходе полета также возможен чрезмерный отвод тепла от капель сплава, что может приводить к микроструктуре частиц с линиями флюса, проходящими по контуру границ осажденных капель. Подобная структура также может быть трудной для механической обработки давлением и может содержать взаимосвязанную пористость, приводящую к нежелательному внутреннему окислению в ходе обработки.
Перечисленные выше условия привели к получению композитной заготовки, которая имела содержание калия в алюминиево-кремниевом сплаве 1,2 мас.%, что эквивалентно приблизительно 4 мас.% неорганической соли.
Общее содержание кислорода в заготовке составило 232 м.д. по массе. Поскольку неорганическая соль имеет, по-видимому, собственное содержание кислорода выше упомянутого уровня, содержание кислорода в матрице сплава, по-видимому, является меньшим 232 м.д. по массе.
Этот материал образует качественное паяное соединение, обладает хорошей пластичностью и пригоден для механической обработки давлением с получением листа, из которого могут быть отформованы конструктивные элементы.
Пример 2.
Композитную заготовку изготавливали путем, сходным с описанным в примере 1, за исключением того, что расход частиц регулировали так, чтобы полученный при этом биллет обладал переменным содержанием соли по своей длине от 0,1 до более 6 мас.%. Также регулировали расход газа для поддержания постоянных условий осаждения при введении различных количеств частиц флюса.
Из биллета вырезали пять кусков. Куски содержали приблизительно 0,1, 0,9, 2, 4,3 и 6 мас.% неорганической соли соответственно. Куски прокатывали от 10 мм до толщины приблизительно 0,4 мм. Результаты показаны ниже в табл. 1. Из результатов видно, что операция прокатки оказалась успешной, за исключением образца, содержащего 6% неорганической соли, который начинал ломаться по краям при чрезмерной нагартовке.
Из каждого прокатанного куска (0,4 мм) выштамповывали по небольшому диску диаметром 5 мм и помещали на жетон с размерами 17x28 мм из сплава алюминия АА3003, представлявший собой слой сердцевины. Образцы подвергали стандартному циклу пайки в печи в атмосфере азота. Образец 1 (0,1% соли) не прореагировал, плавился в течение некоторого времени при заметной оксидной пленке и отсутствии видимого действия флюса. Образец 2 (0,9% соли) образовывал шарик при температуре пайки при некоторой поверхностной активности флюса на присадочном металле, но без видимого действия флюса на жетон из АА3003. После короткого периода времени шарик разрушался и смачивал поверхность. Образцы 3, 4 и 5 (2, 4,3 и 6% соответственно) плавились быстро при хорошем действии флюса и хорошем смачивании жетона присадочным металлом. Выводили коэффициент активности расплава по относительным площадям распространения флюса в расчете на площадь распространения присадочного метал ла.
Таблица 1
Итоги по прокатным и паяльным свойствам материалов, содержащих различные
Для оценки паяльных свойств в зависимости от относительного содержания неорганической соли высверливали образцы через интервалы 20 мм по длине биллета с переменным содержанием соли и приблизительно 0,12 г этого материала помещали на жетон из АА3003 для испытаний на паяемость. Образцы, содержащие 0,06 и 0,14% соли, не показали заметной активности при пайке. Активность при пайке возрастала с увеличением содержания соли с переходом по паяемости, наблюдавшимся между 0,14 и 1,2% неорганической соли. Хорошие паяльные свойства демонстрированы материалом, содержавшим 1,2% неорганической соли и выше, при высокой активности флюса и активном расплаве, который смачивал поверхность жетона из АА3003 и растекался по ней. Материал, содержавший наивысшее количество
- 10 016458 соли (5,73%), показал наивысшую активность флюса, большую, чем требуемая на практике для обеспечения хорошего течения присадочного металла.
Таблица 2
Активность при пайке в зависимости от содержания неорганической соли
Было оценено образование паяного соединения между образцами материала, соединенного прокаткой с АА3003 и прокатанного до конечной толщины 0,4 мм и спаянного с неплакированными жетонами из АА3003. Образцы отбирали из описанного выше биллета с переменным содержанием флюса. Из образцов, содержащих 2,5 и 5,7 мас.% неорганической соли, давали превосходные тавровые паяные соединения с неплакированным материалом. Наблюдалась хорошая флюсующая активность при быстром капиллярном затекании присадочного металла в соединение. Паяные соединения имели четкую форму с плавным (гладким) мениском между смыкающимися поверхностями. Сходным образом, качественные паяные соединения образовывались между материалом неплакированных ребер и материалом плакированного образца, содержащим 2,5% неорганической соли. Паяные соединения были сходными с полученными между контрольным образцом плакированного материала и ребром, которое было офлюсовано обычным образом. В отсутствие нанесения флюса контрольный образец не паялся.
При экспериментах по пайке в закрытом тигле получили качественные внутренние паяные соединения между плакированными поверхностями отформованного материала образца, содержащего 2,5 мас.% неорганической соли. Образцы, продемонстрировавшие промежуточную активность при пайке на жетон из АА3003, образовывали приемлемые внутренние паяные соединения при спайке плакированных поверхностей самих с собой, но некачественные внешние паяные соединения.
На фиг. 2 показаны три кривые ДСК. На фиг. 2а и 2Ь показаны кривые для полученного струйным формованием материала образцов 3 и 4 из табл. 1 соответственно. На фиг. 2с показана кривая для обычного алюминиево-кремниевого сплава АА4045. Образцы полученного струйным формованием композита демонстрируют один (а) и два (Ь) эндотермических пика плавления при температурах, меньших точки начала плавления матрицы алюминиево-кремниевого сплава. Дополнительные пики плавления соответствуют плавлению неорганической соли.
На фиг. 3 показаны СЭМ-микрофотография на наибольшем изображении и шесть меньших изображений, которые представляют собой карты ΕΏ8. Материал представляет собой образец 4 из табл. 1. На картах Е1)8 контраст яркостей является показателем концентрации. Масштаб приведен внизу основной микрофотографии.
Фиг. 4 и 5 представляют собой аналогичные виды при соответственно большем увеличении.
На фиг. 3-5 показаны распределение и масштаб соли в матрице сплава, а также наличие и распределение частиц кремния.
На фиг. 6 показано захваченное ТЭМ-изображение приготовленного при помощи ультрамикротома и полученного струйным формованием композиционного материала, представляющего собой образец 11 из табл. 2. По соседству с большим включением из частицы 81 могут быть видны вкрапления флюса, что подтверждено на показанном выше ЕЭ8-спектре для области, обозначенной стрелкой. Линия меди (Си) происходит от медной сетки, использованной для закрепления образца в ТЭМ.
На фиг. 7 показано еще одно захваченное ТЭМ-изображение другого участка приготовленного при помощи ультрамикротома образца полученного струйным формованием композиционного материала, представляющего собой образец 11 из табл. 2, при большем увеличении, что видно из шкалы на этой микрофотографии. По соседству с большим включением из частицы 81 могут быть видны вкрапления флюса, что подтверждено на ЕО8-спектре. Как и в предыдущем случае, линия меди (Си) происходит от медной сетки, использованной для закрепления образца в ТЭМ. Частицы вкраплений или осколков являются ожидаемым результатом разрыва оболочки из неорганической соли, которая образовывается на диспергированной капле сплава при распылении после контакта между горячей каплей сплава и твердой частицей неорганического материала, который является несмешивающимся в сплаве.
На фиг. 8 показана кривая ДСК чистой фтороалюминатной соли калия, использованной в вариантах реализации в дегидратированной форме. Видно, что при плавлении происходит быстрый прирост массы, что указывает на окисление флюса. Поскольку в случае полученного струйным формованием композита соль полностью заключена в алюминиевой матрице с момента осаждения до переплавки в ходе операции пайки, соль является защищенной от окисления и гидратации. Флюсующее действие, такие образом, со
- 11 016458 храняется до того момента, когда соль плавится, разрушает оксид и растекается по поверхности.
На фиг. 9 показано захваченное ТЭМ-изображение приготовленного при помощи ультрамикротома образца контрольного алюминиево-кремниевого сплава АА4045, полученного литьем с прямым охлаждением. Следует отметить большие включения из более светлых частиц δί. Эти частицы кремния превышают в диаметре 500 нм.
На фиг. 10 показано захваченное ТЭМ-изображение приготовленного при помощи ультрамикротома образца полученного струйным формованием композита, представляющего собой образец 11 из табл.
2. Видны многочисленные, но мелкие включения из частиц δί.
На фиг. 11 показано захваченное ТЭМ-изображение приготовленного при помощи ультрамикротома образца полученного струйным формованием композиционного материала, представляющего собой образец 11 из табл. 2. На изображении показана (стрелкой) богатая К, А1 и Р частица на границе трех зерен. Частица имеет примерно 100 нм в поперечнике и, таким образом, является гораздо меньшей по сравнению с частицами кремния, видимыми в контрольном припое на фиг. 9.
Фиг. 12 представляет собой РД-спектры гидратированной и дегидратированной соли, причем в материалах по настоящему изобретению использовали дегидратированную соль. Серые стрелки указывают на положения пиков КА1Р4, черные стрелки указывают на положения пиков К2А1Р5(Н2О), тогда как пики в положениях, отмеченных буквой X, было невозможно идентифицировать.
Фиг. 13 представляет собой РД-спектры двух образцов согласно вариантам реализации настоящего изобретения и обычного, контрольного алюминиево-кремниевого сплава АА4045. Материал с высоким содержанием соли соответствует образцу 12 из табл. 2, а материал с низким содержанием соли соответствует образцу 7 из табл. 2. Стрелки, отмеченные буквой X, указывают на положения тех пиков, которые было невозможно идентифицировать, а оставшиеся пики принадлежат металлическому алюминию и кремнию.
Введенный материал фтороалюмината калия дегидратируется в ходе стадий введения, полета и осаждения. Кроме того, в противоположность ожидаемому материал фтороалюмината калия, содержащийся в объеме полученного струйным формованием композиционного материала, существенно отличается кристаллографически от материала фтороалюмината калия перед введением или от такого материала после дегидратации, что показано на фиг. 12 и 13. Исследования авторов изобретения показали, что фазовый состав соли в композите заметно отличается от этого состава у введенного исходного материала и может частично выглядеть как аморфная фаза вследствие его плавления и последующего быстрого затвердевания. Эти чертежи указывают, что температура плавления преобразованной соли в композите ниже, чем у введенной соли. Эксперименты, проведенные на соли в композите с применением дифференциальной сканирующей калориметрии, указывают на точку начала плавления при примерно 550°С, за которой иногда следует вторая точка начала плавления при 563°С, см. фиг. 2. Это резко контрастирует с плавлением только введенной соли, которое отличается единственной эндотермой плавления, см. фиг. 8. Это также резко контрастирует с плавлением того же алюминиево-кремниевого сплава без какой-либо соли, при котором наблюдалась только обычная и ожидаемая эндотерма эвтектики при 577°С, см. фиг. 2с. Эта превращенная неорганическая соль приводит к повышенной флюсующей активности в ходе операций пайки.
Альтернативные неорганические соли, образующие флюсы, включают в себя тетра-, пента- и гексафтороалюминаты калия (КА1Р4, К2А1Р5-Н2О, К3А1Р6), и вышеупомянутые соли, которые могут также содержать различные фторогидроксиды и оксифториды алюминия (А1Р2ОН-Н2О, А12Р4О, А1Р(ОН)2, А1РО); фтороалюминаты натрия (Ыа3А1Р6), фториды цезия-алюминия (С§А1Р4, С82А1Р5); кремнефториды калия (Ι<2δίΡ6. К^Е-), фториды цинка и щелочных металлов (К2иЕ3), станнофторидные соли калия (Ι<δηΡ3. КЯнЕя, Ι<3δηΕ6 и Ι<3δηΕ-) и гидраты всех упомянутых выше галогенсодержащих солей.
Хотя материал неорганической соли был описан как подаваемый в виде твердых частиц из загрузочного устройства 16, в альтернативном варианте реализации материал неорганической соли может подаваться в жидком виде, как и сплав металла, и диспергироваться тем же путем.
Был показан цилиндрический биллет 22, однако процесс струйного формования может быть использован для изготовления заготовок различных форм, таких как пластина или труба, либо в виде плакированных продуктов.
В случае, если может быть применен местный нагрев, весь конструктивный элемент может быть изготовлен в виде заготовки в соответствии с изобретением и присоединен по месту путем пайки.
В случае, если требуется плакированный конструктивный элемент, на коллекторную пластину 20 может быть помещен слиток из материала сердцевины с тем, чтобы струйное осаждение в соответствии с вышеописанным могло происходить непосредственно на слиток. Полученный конструктивный элемент может быть использован непосредственно или подвергнут ковке и/или прокатке согласно описанному.
Полученный струйным формованием материал может быть использован в состоянии после осаждения, без дальнейшей обработки давлением, или может быть при необходимости обработан давлением. Хотя были описаны прокатка и ковка, к заготовкам, изготовленным в соответствии с изобретением, в зависимости от потребностей могут быть применены и другие виды горячей или холодной механической
- 12 016458 обработки давлением, такие как, например, экструзия.
Хотя была описана пайка в атмосфере азота, пайка может происходить в восстановительной атмосфере или в вакууме. Ввиду низкого собственного содержания кислорода в заготовке, изготовленной в соответствии с изобретением, вакуум не обязательно должен быть высоким, и умеренный вакуум может все еще давать хорошие результаты при пайке.

Claims (51)

1. Самофлюсующаяся заготовка для пайки, содержащая полученный струйным формованием композиционный материал, содержащий по меньшей мере один неорганический материал, распределенный в матрице металла или сплава металла, причем неорганический материал или неорганические материалы образуют флюс в ходе пайки для способствования образованию термически индуцированного металлического связующего слоя.
2. Заготовка по п.1, причем заготовка обработана давлением.
3. Заготовка по п.1, причем содержание кислорода в матрице составляет не более 350 м.д. по массе.
4. Заготовка по пп.1, 2 или 3, причем металл или сплав металла представляет собой алюминий или алюминиевый сплав.
5. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем матрица представляет собой припой.
6. Заготовка по п.5, причем припой содержит алюминий и кремний в качестве основных составляющих.
7. Заготовка по п.6, причем припой обладает содержанием кремния от 5 до 15 мас.%.
8. Заготовка по п.6, причем припой обладает содержанием кремния от 9 до 13 мас.%.
9. Заготовка по пп.6, 7 или 8, причем заготовка содержит частицы кремния и эти частицы кремния обладают средним диаметром менее 10 мкм.
10. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем в качестве неорганического материала предусмотрен флюс фторида калия-алюминия или предусмотрены два или более неорганических материала, которые при пайке образуют флюс фторида калия-алюминия.
11. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем в качестве неорганического материала предусмотрен флюс фтороалюмината калия или предусмотрены два или более неорганических материала, которые при пайке образуют флюс фтороалюмината калия.
12. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем композиционный материал обладает содержанием неорганического материала 0,2-10 мас.%.
13. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем упомянутый или каждый неорганический материал обладает более низкой температурой плавления, чем металл или сплав металла.
14. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем упомянутый или каждый неорганический материал является несмешивающимся при нахождении его в расплавленном виде с металлом или сплавом металла.
15. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем упомянутый или каждый неорганический материал является нерастворимым при нахождении его в расплавленном виде в металле или сплаве металла.
16. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем неорганический материал или материалы образуют в композиционном материале частицы размером менее 1 мкм.
17. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем неорганический материал или материалы образуют в композиционном материале частицы размером между 5 и 200 мкм.
18. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем неорганический материал или материалы образуют в композиционном материале частицы, и межчастичное расстояние между соседними частицами составляет менее 10 мкм.
19. Заготовка по любому предыдущему пункту, причем содержание кислорода в заготовке составляет не более 1000 м.д.
20. Спаиваемый конструктивный элемент, содержащий по меньшей мере одну заготовку по любому предыдущему пункту, присоединенную к металлическому изделию, такому как слиток, биллет или сляб.
21. Конструктивный элемент по п.20, причем по меньшей мере одна заготовка соединена с металлическим изделием прокаткой.
22. Конструктивный элемент по п.20 или 21, причем к металлическому изделию на его противоположных сторонах присоединены две заготовки по любому из пп.1-19.
23. Конструктивный элемент по пп.20, 21 или 22, причем конструктивный элемент обработан давлением.
24. Конструктивный элемент по любому из пп.20-23, причем конструктивный элемент представляет собой конструктивный элемент, подлежащий соединению пайкой в теплообменнике, таком как автомобильный радиатор, конденсатор, испаритель, маслоохладитель, охладитель наддувочного воздуха, или охладитель топлива, или стационарный теплообменник.
25. Конструктивный элемент по любому из пп.20-23, причем конструктивный элемент представляет
- 13 016458 собой ребро, пластину или трубу, подлежащие пайке на месте в теплообменнике, таком как автомобильный радиатор, конденсатор, испаритель, маслоохладитель, охладитель наддувочного воздуха, или охладитель топлива, или стационарный теплообменник.
26. Способ изготовления самофлюсующейся заготовки для пайки, включающий в себя этапы диспергирования потока расплавленного материала металла или сплава металла в струю капель, введения в эти поток или струю по меньшей мере одного неорганического материала, причем неорганический материал или неорганические материалы выполнены с возможностью образовывать флюс в ходе пайки, и уплотнения упомянутых материалов путем струйного формования с образованием композитной заготовки, в которой неорганический материал распределен в матрице металла или сплава металла.
27. Способ по п.26, причем неорганический материал или неорганические материалы расплавляют и диспергируют для струйного формования.
28. Способ по п.26, причем неорганический материал или неорганические материалы вводят в виде твердых частиц.
29. Способ по п.28, причем твердые частицы неорганического материала имеют средний диаметр 10 мкм или менее.
30. Способ по любому из пп.26-29, причем материал металла или сплава металла диспергируют в капли со средним диаметром в интервале от 50 до 150 мкм.
31. Способ по любому из пп.26-30, причем неорганический материал обладает более низкой температурой плавления, чем материал металла или сплава металла.
32. Способ по любому из пп.26-31, причем неорганический материал является не растворимым в материале металла или сплава металла.
33. Способ по любому из пп.26-32, причем неорганический материал заставляют, по меньшей мере, частично плавиться при введении или при распылении.
34. Способ по любому из пп.26-33, причем неорганический материал является практически полностью расплавленным при струйном осаждении на поверхность коллектора совместно с материалом металла или сплава металла.
35. Способ по любому из пп.26-34, причем неорганический материал является не смешивающимся с материалом металла или сплава металла.
36. Способ по любому из пп.26-35, причем неорганический материал или материалы образуют в композиционном материале частицы и межчастичное расстояние между соседними частицами является меньшим, чем диаметр алюминиево-кремниевых капель, из которых была сформирована полученная струйным формованием композитная заготовка.
37. Способ по любому из пп.26-36, причем неорганический материал или материалы образуют в композиционном материале частицы и межчастичное расстояние между соседними частицами составляет менее 10 мкм.
38. Способ по любому из пп.26-37, причем отвод тепла от капель материалов регулируют в ходе распыления для предотвращения выделения или макросегрегации неорганического материала из металла или сплава металла.
39. Способ по любому из пп.26-38, причем содержание кислорода в заготовке является не более чем на 500 м.д. большим, чем суммарное содержание кислорода в расплавленном металле или сплаве металла и неорганическом материале или неорганических материалах перед диспергированием и распылением.
40. Способ по любому из пп.26-39, причем заготовку обрабатывают давлением.
41. Способ использования самофлюсующейся заготовки для пайки, полученной способом по любому из пп.26-40, в котором заготовку присоединяют к металлическому изделию, такому как слиток, биллет или сляб.
42. Способ по п.41, причем к металлическому изделию на его противоположных сторонах присоединяют две заготовки из композиционного материала.
43. Способ по п.41 или 42, причем композиционный материал присоединяют к металлическому изделию путем соединения горячей или холодной прокаткой.
44. Способ по п.41 или 42, причем композиционный материал присоединяют к металлическому изделию в ходе уплотнения материалов путем струйного формования, при котором эти материалы подвергают струйному формованию на металлическое изделие для соединения с ним.
45. Способ по любому из пп.41-44, причем композиционный материал и металлическое изделие обрабатывают давлением.
46. Способ получения паяного соединения, включающий в себя приведение заготовки по любому из пп.1-19 или приведение композиционного материала, являющегося частью спаиваемого конструктивного элемента по любому из пп.20-25, в непосредственный контакт с деталью из металла или сплава металла и нагревание соединения в отсутствие добавления флюса.
47. Способ по п.46, причем композитную заготовку обрабатывают давлением после изготовления и перед приведением в контакт с деталью из металла или сплава металла.
48. Способ получения паяного соединения, включающий в себя осуществление способа по любому
- 14 016458 из пп.26-40, приведение композиционного материала в непосредственный контакт с деталью из металла или сплава металла и нагревание соединения в отсутствие добавления флюса.
49. Паяное соединение, образованное путем приведения заготовки для пайки по любому из пп.1-19 или путем приведения композиционного материала, являющегося частью спаиваемого конструктивного элемента по любому из пп.20-25, в непосредственный контакт с деталью из металла или сплава металла и нагревания соединения в отсутствие добавления флюса.
50. Паяное соединение, образованное путем осуществления следующих этапов:
a) осуществление способа по любому из пп.26-40,
b) приведение композиционного материала в непосредственный контакт с деталью из металла или сплава металла и
c) нагревание соединения в отсутствие добавления флюса.
51. Теплообменник, содержащий паяное соединение по п.49 или 50.
EA200970855A 2007-03-14 2008-03-14 Заготовка для пайки, способ изготовления заготовок для пайки, способ пайки и конструктивные элементы, изготовленные из упомянутой заготовки для пайки EA016458B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0704926A GB2447486A (en) 2007-03-14 2007-03-14 A brazing piece comprising a composite material including an inorganic flux
PCT/GB2008/000883 WO2008110808A1 (en) 2007-03-14 2008-03-14 A brazing piece, a method of making a brazing piece, and a method of brazing and components made from said brazing piece

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200970855A1 EA200970855A1 (ru) 2010-04-30
EA016458B1 true EA016458B1 (ru) 2012-05-30

Family

ID=38008423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200970855A EA016458B1 (ru) 2007-03-14 2008-03-14 Заготовка для пайки, способ изготовления заготовок для пайки, способ пайки и конструктивные элементы, изготовленные из упомянутой заготовки для пайки

Country Status (20)

Country Link
US (1) US8871356B2 (ru)
EP (1) EP2139639B9 (ru)
JP (2) JP6184047B2 (ru)
KR (1) KR101532799B1 (ru)
CN (1) CN101674915B (ru)
BR (1) BRPI0808862B1 (ru)
CA (1) CA2681166C (ru)
DK (1) DK2139639T3 (ru)
EA (1) EA016458B1 (ru)
ES (1) ES2670933T3 (ru)
GB (1) GB2447486A (ru)
HK (1) HK1141260A1 (ru)
HU (1) HUE037502T2 (ru)
MX (1) MX2009009815A (ru)
NO (1) NO2139639T3 (ru)
PL (1) PL2139639T3 (ru)
PT (1) PT2139639T (ru)
TR (1) TR201807160T4 (ru)
WO (1) WO2008110808A1 (ru)
ZA (1) ZA200907139B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2635052C2 (ru) * 2012-07-27 2017-11-08 Гренгес Свиден Аб Материал в виде полосы с превосходной коррозионной стойкостью после высокотемпературной пайки

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2447486A (en) * 2007-03-14 2008-09-17 Sandvik Osprey Ltd A brazing piece comprising a composite material including an inorganic flux
US8991480B2 (en) * 2010-12-15 2015-03-31 Uop Llc Fabrication method for making brazed heat exchanger with enhanced parting sheets
DE102012006121A1 (de) * 2012-03-26 2013-09-26 Erbslöh Aluminium Gmbh Lotpulver
JP6090736B2 (ja) * 2012-10-26 2017-03-08 株式会社Uacj アルミニウム合金のろう付方法及びフラックス成分被覆アルミニウム合金部材
CN103740956B (zh) * 2014-01-08 2015-12-30 镇江镨利玛新型材料科技有限公司 高硅铝合金的制备方法
US20150219405A1 (en) * 2014-02-05 2015-08-06 Lennox Industries Inc. Cladded brazed alloy tube for system components
EP2907615A1 (de) 2014-05-28 2015-08-19 AMAG rolling GmbH Verbundblech
JP6472323B2 (ja) * 2015-05-18 2019-02-20 タツタ電線株式会社 成膜方法
BR102015026864A2 (pt) * 2015-10-22 2017-05-02 Whirlpool Sa processo de brasagem de tubos e compressor
JP6454262B2 (ja) 2015-12-24 2019-01-16 タツタ電線株式会社 半田接続構造、および成膜方法
US11014200B2 (en) 2016-04-12 2021-05-25 Gränges Ab Brazing sheet
US10730150B2 (en) 2017-08-07 2020-08-04 Honeywell International Inc. Flowable brazing compositions and methods of brazing metal articles together using the same
WO2019239663A1 (ja) * 2018-06-14 2019-12-19 日本軽金属株式会社 複合スラブの製造方法
EP4082706A4 (en) * 2019-12-27 2024-01-03 Harima Chemicals Inc METHOD FOR APPLYING BRAZING MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING A METAL BRAZING ELEMENT
CN111843280A (zh) * 2020-05-25 2020-10-30 上海萨新东台热传输材料有限公司 一种自钎焊铝合金层状复合材料、制备方法及应用
CN112792478A (zh) * 2021-01-06 2021-05-14 李珮豪 一种自钎剂铝钎料板材及其制作方法
CN113210608A (zh) * 2021-03-31 2021-08-06 银邦金属复合材料股份有限公司 预埋钎剂铝合金复合材料及其制备方法和应用
CN113232381A (zh) * 2021-05-19 2021-08-10 飞荣达科技(江苏)有限公司 一种自带无腐蚀钎焊剂的铝合金复合板及其制备方法
CN114473385B (zh) * 2022-02-17 2023-05-26 上海华峰铝业股份有限公司 一种预埋钎剂复合板及其制备方法和用途

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3667111A (en) * 1969-03-05 1972-06-06 Chausson Usines Sa Process for fluxing and brazing parts made of aluminium or aluminium alloy
JPH05305492A (ja) * 1992-04-24 1993-11-19 Showa Alum Corp 溶射法によるろう材被覆アルミニウム材の製造方法
US5594930A (en) * 1992-10-30 1997-01-14 Showa Aluminum Corporation Brazeable aluminum material and a method of producing same
US6164517A (en) * 1998-10-19 2000-12-26 Sun Kwang Brazing Filler Metal Co., Ltd. Seamless, ring-shaped brazing material and method for producing same
US6317913B1 (en) * 1999-12-09 2001-11-20 Alcoa Inc. Method of depositing flux or flux and metal onto a metal brazing substrate
US20070029370A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-08 Zhibo Zhao Kinetic spray deposition of flux and braze alloy composite particles

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB646377A (en) * 1947-03-11 1950-11-22 John Cockbain Briggs Improvements in and relating to soldering and brazing
GB1438955A (en) 1972-08-02 1976-06-09 Alcan Res & Dev Brazing aluminium
US4645545A (en) * 1985-04-09 1987-02-24 Louis Middlestadt Shape retaining bodies of solder containing flux and their method of manufacture and use
AU2821089A (en) 1987-12-14 1989-07-19 Osprey Metals Limited Spray deposition
GB9104808D0 (en) 1991-03-07 1991-04-17 Osprey Metals Ltd Production of spray deposits
US5330090A (en) * 1991-12-27 1994-07-19 Showa Aluminum Corporation Brazing agent and a brazing sheet both comprising an aluminum alloy containing a flux
JP2504657B2 (ja) * 1991-12-27 1996-06-05 昭和アルミニウム株式会社 フラックス含有Ａｌブレ―ジングシ―ト及びその製造方法
JP2584926B2 (ja) * 1991-12-27 1997-02-26 昭和アルミニウム株式会社 フラックス含有Ａｌ合金ろう材及びその製造方法
US5547517A (en) * 1991-12-27 1996-08-20 Showa Aluminum Corporation Brazing agent and a brazing sheet both comprising an aluminum alloy containing a flux
JPH06142977A (ja) * 1992-11-10 1994-05-24 Showa Alum Corp ろう付用アルミニウム材料
GB9302387D0 (en) * 1993-02-06 1993-03-24 Osprey Metals Ltd Production of powder
JPH06315791A (ja) * 1993-05-10 1994-11-15 Showa Alum Corp フラックス含有Ａｌブレージングシート
JPH071185A (ja) 1993-06-18 1995-01-06 Showa Alum Corp フラックス含有Ａｌ合金ろう材の製造方法
US5418072A (en) * 1993-09-20 1995-05-23 Alcan International Limited Totally consumable brazing encapsulate for use in joining aluminum surfaces
JP3408864B2 (ja) * 1994-05-12 2003-05-19 昭和電工株式会社 ろう付用防食アルミニウム材料の製造方法及びろう付方法
JP2714361B2 (ja) * 1994-07-22 1998-02-16 昭和アルミニウム株式会社 フラックス含有Ａｌ合金ろう材の製造方法
JPH08112691A (ja) * 1994-10-12 1996-05-07 Showa Alum Corp フラックス含有Ａｌ合金ろう材
JPH08112667A (ja) * 1994-10-13 1996-05-07 Nippon Light Metal Co Ltd アルミニウム製熱交換器コアおよびそのろう付方法
JP3262268B2 (ja) * 1997-11-12 2002-03-04 金 明鎭 ろう材及びその製造方法
CA2366945A1 (en) 1999-03-05 2000-09-08 Alcoa Inc. A method of depositing flux or flux and metal onto a metal brazing substrate
CZ9902562A3 (en) * 1999-07-19 2001-06-13 Diafrikt Soldering rings and process for producing thereof
JP4808877B2 (ja) * 2000-10-16 2011-11-02 イーエムエス・エンジニアード・マテリアルズ・ソリューションズ・エルエルシー 自己ロウ付けクラッド材料及び自己ロウ付けクラッド材料の製造方法
US20030039856A1 (en) 2001-08-15 2003-02-27 Gillispie Bryan A. Product and method of brazing using kinetic sprayed coatings
JP2004090093A (ja) * 2002-08-15 2004-03-25 Yoshimitsu Miyaki 異種金属接合用インサート材
US6777035B1 (en) * 2003-02-10 2004-08-17 Ford Motor Company Method for spray forming metal deposits
CN1287449C (zh) * 2003-03-14 2006-11-29 北京有色金属研究总院 一种硅铝合金封装材料及制备方法
FR2855085B1 (fr) * 2003-05-23 2006-05-26 Fp Soudage Procede de fabrication d'un produit de brasage, produit de brasage ainsi obtenu et son utilisation
US7032808B2 (en) * 2003-10-06 2006-04-25 Outokumu Oyj Thermal spray application of brazing material for manufacture of heat transfer devices
CN1968774B (zh) * 2004-06-15 2010-09-01 株式会社鲜光Ampa 低温硬钎焊的含助熔剂的硬钎焊剂
GB2447486A (en) * 2007-03-14 2008-09-17 Sandvik Osprey Ltd A brazing piece comprising a composite material including an inorganic flux
FR2938460B1 (fr) * 2008-11-19 2012-01-13 Fp Soudage Produit de brasage comprenant un melange de flux de brasage et metal d'apport et procede de fabrication

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3667111A (en) * 1969-03-05 1972-06-06 Chausson Usines Sa Process for fluxing and brazing parts made of aluminium or aluminium alloy
JPH05305492A (ja) * 1992-04-24 1993-11-19 Showa Alum Corp 溶射法によるろう材被覆アルミニウム材の製造方法
US5594930A (en) * 1992-10-30 1997-01-14 Showa Aluminum Corporation Brazeable aluminum material and a method of producing same
US6164517A (en) * 1998-10-19 2000-12-26 Sun Kwang Brazing Filler Metal Co., Ltd. Seamless, ring-shaped brazing material and method for producing same
US6317913B1 (en) * 1999-12-09 2001-11-20 Alcoa Inc. Method of depositing flux or flux and metal onto a metal brazing substrate
US20070029370A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-08 Zhibo Zhao Kinetic spray deposition of flux and braze alloy composite particles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2635052C2 (ru) * 2012-07-27 2017-11-08 Гренгес Свиден Аб Материал в виде полосы с превосходной коррозионной стойкостью после высокотемпературной пайки
US10156000B2 (en) 2012-07-27 2018-12-18 Gränges Sweden Ab Strip material with excellent corrosion resistance after brazing

Also Published As

Publication number Publication date
GB0704926D0 (en) 2007-04-25
CA2681166C (en) 2018-03-27
KR20090127929A (ko) 2009-12-14
BRPI0808862A2 (pt) 2014-09-23
EP2139639B9 (en) 2019-03-06
HK1141260A1 (en) 2010-11-05
WO2008110808A1 (en) 2008-09-18
JP6080901B2 (ja) 2017-02-15
US8871356B2 (en) 2014-10-28
JP2010521308A (ja) 2010-06-24
PL2139639T3 (pl) 2018-08-31
CN101674915B (zh) 2014-03-12
DK2139639T3 (en) 2018-06-06
CA2681166A1 (en) 2008-09-18
NO2139639T3 (ru) 2018-09-29
GB2447486A (en) 2008-09-17
TR201807160T4 (tr) 2018-06-21
EP2139639A1 (en) 2010-01-06
US20100206529A1 (en) 2010-08-19
EP2139639B1 (en) 2018-05-02
EA200970855A1 (ru) 2010-04-30
JP2015213962A (ja) 2015-12-03
PT2139639T (pt) 2018-06-01
ZA200907139B (en) 2010-06-30
CN101674915A (zh) 2010-03-17
ES2670933T3 (es) 2018-06-04
HUE037502T2 (hu) 2018-08-28
BRPI0808862B1 (pt) 2017-05-23
KR101532799B1 (ko) 2015-06-30
JP6184047B2 (ja) 2017-08-23
MX2009009815A (es) 2009-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA016458B1 (ru) Заготовка для пайки, способ изготовления заготовок для пайки, способ пайки и конструктивные элементы, изготовленные из упомянутой заготовки для пайки
JP4636520B2 (ja) 熱交換器用アルミニウムブレージングシートのろう材およびその製造方法
WO2000052228A1 (en) A method of depositing flux or flux and metal onto a metal brazing substrate
WO1985003943A1 (en) Liquid phase bonded amorphous materials and process for preparation thereof
JP2019513560A (ja) ろう付けシート
EP1758701B1 (en) Flux-containing brazing agent brazed at low temperature
US20150068713A1 (en) Solder Powder
KR100361016B1 (ko) 플럭스함유알루미늄합금납재의제조방법
US5158621A (en) Rapidly solidified aluminum-germanium base brazing alloys and method for brazing
CN111360447A (zh) 一种自助焊型硅铝合金复合钎焊粉末及应用
WO1992022398A1 (en) Rapidly solidified aluminum-magnesium base brazing alloys
Hawksworth Fluxless brazing of aluminium
CN112958944B (zh) 一种铝合金钎焊粉末及其制备方法和应用
US7828914B2 (en) Method for producing aluminum alloy sheet material and an aluminium alloy sheet
WO2022138171A1 (ja) 熱交換器、熱交換器用チューブ材及び熱交換器用フィン材
CN106914621A (zh) 增材制造技术制备铝合金双金属复合材料的方法
RU2779439C1 (ru) Смесевой порошковый припой для пайки алюминия и сплавов на его основе
JP2535652B2 (ja) レ―ザクラッディング・アロイング法
JPH071185A (ja) フラックス含有Ａｌ合金ろう材の製造方法